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摘 要

进入二十一世纪以来，环境问题日益成为全球关注的核心问题。无论在世界各种国际会议上，环境议题都会成为大会的主要讨论目标，因此太阳能的利用已经成为保护环境的一种普遍手段。针对此问题太阳能热水器也应运而生。而由于电子技术的滞后，许多太阳能热水器都是手动控制，而在上水过程有很多不便。本文针对此问题设计出一套智能全自动上水装置，对原有太阳能热水器进行改造，以PLC为控制系统，并进行仿真。

具体方法为设计基于西门子S7-1200控制器的仿真监控系统，本文在介绍太阳能热水器的同时，给出了管道改变的方式，并在编程及组态章节部分提供了使用方法，实现液位和温度的检测与控制, 使用 WINCC 组态软件实时监控液位和温度变化。从而开发出基于PLC控制系统的太阳能全自动上水系统。

关键词： S7-1200; WINCC; 液位控制; 温度控制; 全自动上水器

Design and Implementation of Home Solar Automatic Water Supply System

Abstract

Since 2000, environmental issues have increasingly become the core issue of global concern. Regardless of the international conferences in the world, environmental issues will become the main discussion target of the conference. Therefore, the use of solar energy has become a universal means of protecting the environment. For this problem solar water heaters have also emerged. Due to the lag in electronic technology, many solar water heaters are manually controlled, and there are many inconveniences in the water process.

In this paper, a set of intelligent automatic water supply device is designed for this problem. The original solar water heater is reformed and the PLC is used as the control system. The specific method is to design the simulation monitoring system based on Siemens S7-1200 controller. This article introduced the solar water heater at the same time, gave the improved way, and provided the use method in the section of programming and configuration. Realize liquid level and temperature detection and control, real-time monitoring of liquid level and temperature changes using WINCC configuration software. In order to develop a fully automated solar water system based on a PLC control system.

Key Words: S7-1200; WINCC; Level control; Temperature control；Automatic water feeder

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2 太阳能热水器发展现状 3

1.2.1 太阳能热水器概述 3

1.2.2 太阳能热水器组成 3

1.2.3 太阳能热水器基本原理 4

1.2.4 国内外发展现状 4

1.3 可编程控制器概述 5

1.4 研究思路 5

1.5 主要内容 6

第二章 太阳能热水器自动上水系统设计 7

2.1 PORTAL V13软件 7

2.1.1 SIMATIC S7-1200 7

2.1.2 TIA Portal V13软件介绍 8

2.1.3 TIA Portal V13软件使用 9

2.2 系统设计 12

2.2.1 全自动上水控制 12

2.2.2 PLC控制方案设计 13

2.2.3 PLC硬件设计 14

2.3 软件设计 15

2.3.1 热水器控制过程 15

2.3.2 I/O分配变量表 16

2.3.3 梯形图程序 18

第三章 组态监控画面 27

3.1 组态软件 27

3.2 WINCC V7.4 介绍 27

3.3 WINCC V7.4 功能特点 28

3.4 WINCC V7.4 使用 29

3.5 WINCC V7.4 与 PLC通信 33

第四章 总结与展望 35

参考文献 37

致 谢 40

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

进入二十一世纪以来，可持续发展逐渐深入人心，煤炭等一次能源的燃烧带来的负面影响不容小觑，造成了温室效应，大气污染等环境问题。能源在地球上无处不在，是物质社会上不可或缺的要素^[5]。

因为考虑到一次能源在长期的未来将会衰竭，全世界各国目前都在努力转型，为了发展可再生能源，中国目前也是处在初始阶段，一步一步地在科学规划中走^[1]。利用可再生能源成为环境保护的焦点。太阳能资源总量占高达百分之九十九，太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的能量来源，在地球上接收到的太阳光仅占太阳能全部发出光能量的二十亿分之一左右，太阳能辐射的年可获得量可达5x10¹⁶MJ，约相当2.4x10¹²吨标煤^[2][6]。如果持续不断地接收半小时的太阳光能足够地球使用一年。与一次能源相比，太阳光能的使用并不会对地球造成任何如酸雨等一次能源所带来的污染，在工业日益发展，环境逐渐严重的今日，太阳能因可再生，无污染，量大，分布在世界各地，再加上对于经济上的可行性而受到各国的青睐。由此太阳能的利用已经成为保护环境的一种普遍手段，世界上许许多多的国家都在利用太阳能技术。针对此问题太阳能热水器也应运而生。

人们对能源的开发和利用经历了从燃料木材，煤炭，油气三个阶段的演变，自二十一世纪起始，能源的供需产生了改变，对于其的需要空前高涨，经济也在高速增长^[3]。这三个时期都分别对能源资源进行了大量的消耗，所以现在即将进入一个新时期，一个以太阳能与核能为核心的多样化新能源时期。对太阳能能源的研究也在世界范围内进行。国内学者中，林柏强^[7]、吴金艳^[8]、刘森^[9]、戴彦德^[10]等都撰文研究分析了中国各个领域上对于新能源领域开拓的影响，表示此时的中国需要紧跟世界的脚步，跟着一同开发可再生能源，在该领域占有一席之地^[11]。国外的学者中，KH Solangi等^[12]通过比较研究了不同国家实施的不同太阳能政策，以及选定了几个现有的比较成功的太阳能政策的国家例子，指出了这些国家在政策成功的背后获得的巨大利益，从而引出可再生能源技术的开发和使用的刻不容缓，迫使其他国家急需做出以可再生能源作为维持日益增长的能源需求。M Kanellakis^[13]、Chua S C^[14]、Hepbasli A^[15]、Liam Byrnes^[16]等文献研究都表明世界上有许多国家早已重视起新能源领域政策的实施，包括欧盟，马来西亚，沙特阿拉伯以及澳大利亚等等在内国家发现这样的潜在能源，并意识到未来将为其经济发展带来好处。国外学者在分别评估这些国家对于建立能源政策的效用之后，对于太阳能的利用前景一片看好，呼吁世界上其他国家积极投身参与进利用太阳能能源的应用政策制定、完善中去，并在此基础上对未来可再生能源政策发展提出了相关的意见。

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